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降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究

Data:2021-03-05

降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究
光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行以下工作內(nèi)容：首先根據(jù)市場(chǎng)主流技術(shù)分別進(jìn)行光伏組件比選、逆變器比選、光伏支架運(yùn)行方式比選、光伏子方陣規(guī)模容量比選，從而得出主要設(shè)備的性能參數(shù)；再計(jì)算出組件的最佳安裝傾角，方位角，串、并聯(lián)數(shù)量，以及光伏陣列南北向相鄰前、后排組件之間的間距；最后給出光伏陣列的布置方式等。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的支架運(yùn)行方式選擇固定太陽能板支架時(shí)，光伏組件的最佳安裝傾角一般是根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地的經(jīng)、緯度，太陽輻射量，氣象資料，冬至日的陰影遮擋時(shí)間等邊界條件計(jì)算得出。但由于一些地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目的用地面積有限，按照正常的設(shè)計(jì)間距無法布置更多的光伏組件容量，因此，為了增加光伏發(fā)電項(xiàng)目的組件容量，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，本文研究了當(dāng)光伏組件采用固定支架時(shí)，在保持項(xiàng)目總占地面積不變、交流并網(wǎng)功率無要求、滿足項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率的情況下，通過降低光伏組件的最佳安裝傾角來增加光伏陣列的直流容量的方式來提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。
 
1 計(jì)算光伏支架系統(tǒng)的最佳安裝傾角
 
本文以某光伏發(fā)電系統(tǒng)為計(jì)算實(shí)例進(jìn)行分析。該光伏發(fā)電系統(tǒng)所在地的地理坐標(biāo)為37°08′N、140°09′E，海拔高程為540 m，該地的太陽輻射資料如表1 所示。
  降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究
根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，通過Retscreen 軟件可計(jì)算出光伏組件接收的年太陽輻射量最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的安裝傾角，計(jì)算時(shí)，安裝傾角建議從5°開始取值，直到出現(xiàn)最大輻射量值的安裝傾角，然后在此值的基礎(chǔ)上再選更大的幾個(gè)角度進(jìn)行復(fù)核，最終得出傾斜面輻射量最大時(shí)對(duì)應(yīng)的安裝傾角即為此光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件的最佳安裝傾角。采用固定支架時(shí)，組件的不同安裝傾角與傾斜面接收的日均太陽輻射量的關(guān)系如圖1 所示。
 降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究
由圖1 可知，當(dāng)采用固定太陽能板支架時(shí)，光伏組件的安裝傾角為32°時(shí)其傾斜面接收的日均太陽輻射量最大[1]，則該角度下光伏組件傾斜面接收的年太陽輻射量也最大。因此，該光伏發(fā)電系統(tǒng)中組件的最佳安裝傾角為32°。
 
2 降低光伏組件最佳安裝傾角的實(shí)驗(yàn)
 
實(shí)驗(yàn)計(jì)算以1 MW 光伏陣列的占地面積、組件最佳安裝傾角為32°作為基準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)中組件的安裝傾角范圍為10°～32°，以1°為間隔，依次減小組件的安裝傾角進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)前、后排組件的陰影遮擋時(shí)間一致時(shí)，前排固定支架組件前沿到相鄰后排固定支架組件前沿的距離( 下文簡(jiǎn)稱“前到前間距”) 也相應(yīng)減小，此時(shí)1 MW 光伏陣列的占地面積也會(huì)不同。表2 為組件安裝傾角、前到前間距、光伏陣列占地面積與光伏發(fā)電系統(tǒng)首年發(fā)電量之間的關(guān)系情況。
 降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究

降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究
對(duì)表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，當(dāng)保持總占地面積不變時(shí)，降低組件的最佳安裝傾角，雖然組件傾斜面接收的年太陽輻射量逐漸減少，但同樣占地面積下實(shí)際可布置的光伏組件容量增大了，即光伏陣列的直流裝機(jī)容量增加了，增加比例為1%～50%，光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年發(fā)電量提高了約10%～40%。
 
由于年可利用小時(shí)數(shù)可以比發(fā)電量更直觀、更清晰地反映光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量情況，所以一般采用年可利用小時(shí)數(shù)來描述光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電水平；而在經(jīng)濟(jì)測(cè)算時(shí)，則以逐年發(fā)電量來計(jì)算項(xiàng)目投資收益和內(nèi)部收益率等動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
  降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究
利用公式(1) 可將光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年發(fā)電量換算成年可利用小時(shí)數(shù)，換算后的具體數(shù)據(jù)如表3 所示。
 降低光伏支架系統(tǒng)最佳安裝傾角對(duì)發(fā)電量影響的研究
從表3中可以看出，當(dāng)光伏支架的安裝傾角為10°時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的首年發(fā)電量最高，為19556萬kWh；而當(dāng)組件的安裝傾角為32°這一最佳安裝傾角時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的年可利用小時(shí)數(shù)最高，為1369h。
 
因此，在交流并網(wǎng)功率無要求、經(jīng)濟(jì)測(cè)算滿足項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率的前提下，為提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量，可適當(dāng)降低組件的最佳安裝傾角。
 
需要注意的是，太陽能板支架安裝傾角降低的程度需要根據(jù)項(xiàng)目的裝機(jī)容量要求和發(fā)電量增加量進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比對(duì)后確定；還需要綜合考慮項(xiàng)目所在地的灰塵污染情況，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件的清掃頻率等因素。
 
3 結(jié)論
 
本文研究了在保持總占地面積不變、交流并網(wǎng)功率無要求、滿足項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率的情況下，可以適當(dāng)降低光伏支架系統(tǒng)的最佳安裝傾角，從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量。研究結(jié)論表明，雖然組件的最佳安裝傾角降低后，組件傾斜面接收的年太陽輻射量也隨之減少，但在同樣占地面積下，光伏陣列的直流裝機(jī)容量會(huì)隨之增加，從而使光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量得到提高。
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